一种高效金属反射式保温材料
阅读说明：本技术 一种高效金属反射式保温材料 (Efficient metal reflection type heat insulation material ) 是由 李龙 章征宝 吴晔 蒋超 顾万建 尚鸣 周鹏达 黄林涛 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高效金属反射式保温材料,包括多层平行排设的不锈钢箔,各所述不锈钢箔均具有凹凸结构且相邻两所述不锈钢箔的凹凸结构错位设置,所述不锈钢箔至少一面具有高反射多孔涂层,所述高反射多孔涂层具有从涂层内部延伸至涂层表面的开孔结构,所述高反射多孔涂层热反射率≥0.9。据热量扩散原理,本发明通过设计不锈钢箔表面高反射涂层的多孔结构,能有效阻止热量从不锈钢箔之间的间隙进行传播。且高反射多孔涂层能有效反射热辐射,其热反射率≥0.9,能起到隔热保温的效果。(The invention discloses a high-efficiency metal reflection type heat insulation material which comprises a plurality of layers of stainless steel foils arranged in parallel, wherein each stainless steel foil is provided with a concave-convex structure, the concave-convex structures of two adjacent stainless steel foils are arranged in a staggered mode, at least one surface of each stainless steel foil is provided with a high-reflection porous coating, each high-reflection porous coating is provided with an open pore structure extending from the inside of each coating to the surface of each coating, and the heat reflectivity of each high-reflection porous coating is more than or equal to 0.9. According to the heat diffusion principle, the porous structure of the high-reflection coating on the surface of the stainless steel foil is designed, so that heat can be effectively prevented from being transmitted from gaps among the stainless steel foils. The high-reflection porous coating can effectively reflect heat radiation, the heat reflectivity of the high-reflection porous coating is more than or equal to 0.9, and the effects of heat insulation and heat preservation can be achieved.)
技术领域
本发明涉及核电保温的技术领域，具体涉及一种高效金属反射式保温材料。
背景技术
核电站是利用原子核裂变反应释放出的热量进行发电的，核电站用管道内储存有大量热能。为减少热量损失并降低核岛内工作环境温度，需要在核管道外安装保温装置或保温结构。目前，国内自主研制和设计的第三代核电站主设备保温层全部采用金属保温层。
发明人在专利号CN212455977U的专利中，披露了一种核管道用保温装置，其特征在于：包括至少两个形状、尺寸一一对应且拼接式包覆在核管道外壁上的保温块；各所述保温块均包括内板、外板及固定封装在所述内板与所述外板之间的两轴向挡板、两径向挡板，所述内板的内表面沿轴向均匀分布有多个齿形支撑板，所述齿形支撑板顶撑设置在所述内板与核管道外壁之间；所述内板、所述外板及两所述轴向挡板、两所述径向挡板之间填设有可降低热传导的金属反射型保温结构。
该核管道用保温装置，使用寿命长、拆装便捷且保温效果佳。随着发明人进一步研究发现：该金属反射型保温结构由不锈钢箔构成，其反射热辐射效果不佳且由于是金属材质隔热性能也一般，最重要的是，多层不锈钢箔虽然能一定程度阻止热量沿横向扩散，但是不能阻止热量从不锈钢箔之间的间隙中进行扩散。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效金属反射式保温材料，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。
本发明提供一种高效金属反射式保温材料，包括多层平行排设的不锈钢箔，各所述不锈钢箔均具有凹凸结构且相邻两所述不锈钢箔的凹凸结构错位设置，所述不锈钢箔至少一面具有高反射多孔涂层，所述高反射多孔涂层具有从涂层内部延伸至涂层表面的开孔结构，所述高反射多孔涂层热反射率≥0.9。
在一些实施方式中，所述高反射多孔涂层的厚度为20-45μm。
在一些实施方式中，所述开孔结构的体积占涂层体积的5％-90％，所述开口结构的深度范围为涂层厚度的1％-100％，所述的开孔深度为相同或不同。
在一些实施方式中，所述高反射多孔涂层由以下步骤制备而成：
在反应罐中，加入羟基丙烯酸树脂、有机溶剂、助剂，搅拌均匀，然后加入热反射颜料、多孔SiO2颗粒以及发泡剂，搅拌均匀后，制得A组分；
将有机溶剂加入反应罐中，然后加入多异氰酸酯，搅拌均匀，得到B组分；
将所述A组分和所述B组分，按质量份比10∶3-10∶1混合并搅拌，涂覆于不锈钢箔的表面，在100-350℃下烘干使涂层中的发泡剂分解产生挥发性气体。
在一些实施方式中，所述羟基丙烯酸树脂重均分子量为4000-5000，固体含量为55-60wt％，羟基含量为2.3-2.6wt％，所述有机溶剂为二甲苯、环己酮、丁酮、甲基异丁基酮或乙酸乙酯中的一种或多种，所述助剂为润湿分散剂、消泡剂、流平剂、防沉剂或抗流挂剂中的一种或几种，所述热发射颜料为钛白粉，所述发泡剂为碳酸盐、亚硝酸盐、碱金属的硼氢化物、偶氮化合物发泡剂、亚硝基化合物发泡剂或酰肼类发泡剂中的一种或多种，所述多异氰酸酯为多异氰酸酯为HDI缩二脲、HDI三聚体或IPDI三聚体固化剂中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述多孔SiO2颗粒中Cl离子含量＜50PPM，SO4 2-离子含量＜50PPM。
在一些实施方式中，所述多孔SiO2颗粒通过以下步骤制得：
将泡花碱进行离子交换，得到pH为2-3的第一硅酸；将第一硅酸经过阴离子交换树脂，得到pH为5-6的第二硅酸；将第二硅酸经过阳离子交换树脂，得到pH为3-4的第三硅酸；将第三硅酸加入反应釜，同时加入KOH溶液，在100-120℃下加热40-60h，得到固含量为40-45％的SiO2溶液，将所述SiO2溶液烘干、研磨后得到所述多孔SiO2颗粒。
在一些实施方式中，所述钛白粉为高晶化度的金红石型氧化钛。
在一些实施方式中，所述钛白粉通过以下步骤制得：
将TiO2·nH2O和KOH二者摩尔比为0.5，加入适量的水均匀的在研钵里研磨，然后再马弗炉中烧结至880℃后保温2h，慢冷至室温，得到中间产物K6Ti2O7；
将分散好的中间产物投入到少量水中水合7天，然后将水合产物投入适量水中强磁力搅拌，不断滴加0.5M的盐酸，用酸度计控制溶液的pH值为2.0；
抽滤出中间产物，用水洗至中性并干燥至恒重得到产物钛酸，分别在马弗炉中以10℃·min-1的速度烧结至1000℃-1200℃，保温2h，慢冷至室温，得到高晶化度的金红石型氧化钛。
在一些实施方式中，所述不锈钢箔采用1Cr13不锈钢，所述1Cr13不锈钢包括0.10％-0.15％的C元素、0.50％-0.75％的Mn元素、≤0.015％的P元素、≤0.010％的S元素、0.40％-0.50％的Ni元素、＜0.005％的O元素、0.25％-0.50％的Si元素、12％-13％的Cr元素、≤0.0020％的B元素、≤0.05％的Co元素、＜0.015％的B元素、＜0.20％的Cu元素以及余量为Fe元素。
本发明的有益效果：
据热量扩散原理，本发明通过设计不锈钢箔表面高反射涂层的多孔结构，能有效阻止热量从不锈钢箔之间的间隙进行传播。
且高反射多孔涂层能有效反射热辐射，其热反射率≥0.9，能起到隔热保温的效果。其中，使用的钛白粉颜料为高晶化度的金红石型氧化钛，其对红外光谱区即波长＞0.76μm的光线反射率高，可以使涂层的热反射效果显著提高；选用的多孔SiO2颗粒质量轻、粒径小、导热系数低，用它可以有效填充粒子间的孔隙，减小漆膜空隙率，尽可能减少空隙的黑体吸收效应，从而有效提高涂层的发射率和反射率，使涂层具有密度小、体积固含高、隔热保温效果好的特点；因此，高反射多孔涂层厚度为20-45μm能明显提高整个涂层的热反射隔热效果并且使用寿命长。
且由于该涂层用于核电领域，涂层中不能含有Cl-、SO4 2-等容易产生腐蚀性的离子，涂层中选用的多孔SiO2颗粒是经过三次离子交换制成的，第三方检测后不含有Cl-和SO4 2-。
由于不锈钢箔专门用于核电领域，因此，该不锈钢箔选用不锈钢材料的化学成分，除了对普通1Cr13已有的C、Si、Mn、Cr、S、P要求进行严格限制外，还增加了对Ni、B、Co、N、O的成分范围要求，同时要求Pb、Sn、Sb、Bi、As、Ce、La、Mo等元素含量尽可能低(每种含量≤0.005％)，提供实测数据。通过对化学成分进行严格控制，能保证加工成的不锈钢箔的铁素体含量小于10％，强度、硬度提高的同时，冲击韧性不降低。
附图说明
图1为一实施例制备的一种高效金属反射式保温材料的高反射多孔涂层结构示意图；
图2为一实施例制备的一种高效金属反射式保温材料的高反射多孔涂层结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例只是用于更加清楚地说明本发明的性能，而不能仅局限于下面的实施例。
实施例：
多孔SiO2颗粒通过以下步骤制得：
将泡花碱进行离子交换，得到pH为2-3的第一硅酸；将第一硅酸经过阴离子交换树脂，得到pH为5-6的第二硅酸；将第二硅酸经过阳离子交换树脂，得到pH为3-4的第三硅酸；将第三硅酸加入反应釜，同时加入KOH溶液，在120℃下加热40h，得到固含量为45％的SiO2溶液，将所述SiO2溶液烘干、研磨后得到所述多孔SiO2颗粒。
钛白粉通过以下步骤制得：
将TiO2·nH2O和KOH二者摩尔比为0.5，加入适量的水均匀的在研钵里研磨，然后再马弗炉中烧结至880℃后保温2h，慢冷至室温，得到中间产物K6Ti2O7；
将分散好的中间产物投入到少量水中水合7天，然后将水合产物投入适量水中强磁力搅拌，不断滴加0.5M的盐酸，用酸度计控制溶液的pH值为2.0；
抽滤出中间产物，用水洗至中性并干燥至恒重得到产物钛酸，分别在马弗炉中以10℃·min-1的速度烧结至1200℃，保温2h，慢冷至室温，得到高晶化度的金红石型氧化钛。
按质量份数计，在反应罐中，加入40KgNuplex公司的S1196羟基丙烯酸树脂、12Kg的丁酮、4Kg的德国BYK公司分散剂BYK 163和美国海明斯公司产抗流挂剂PLUS，搅拌均匀，然后加入40Kg的高晶化度的金红石型氧化钛、6Kg的多孔SiO2颗粒以及6Kg的偶氮化合物发泡剂，搅拌均匀后，制得A组分；
将15Kg的丁酮加入反应罐中，然后加入75Kg的HDI缩二脲，搅拌均匀，得到B组分；
将所述A组分和所述B组分，按质量份比10∶3混合并搅拌，涂覆于不锈钢箔的表面，在200℃下烘干使涂层中的发泡剂分解产生挥发性气体。
得到的高反射多孔涂层如图1和2所示，其中不锈钢箔为10，涂层为20，开孔结构为30：
所述开孔结构的体积占涂层体积的40％，所述开口结构的深度范围为涂层厚度的75％，所述的开孔深度为不同，所述开孔纵向形状为规则孔或不规则孔。
对实施例的不锈钢箔上的高反射多孔涂层进行测试：
耐盐雾性试验按GB/T 1763进行；
耐人工气候老化试验按ISO 20340-2009的附录A进行；
太阳热反射率按GB/T 25261-2010测试；
半球发射率按GB/T 2680-1994测试；
导热系数按GJB 1201.1-91测试。
检测结果如下表所示：
据热量扩散原理，本发明通过设计不锈钢箔表面高反射涂层的多孔结构，能有效阻止热量从不锈钢箔之间的间隙进行传播。
且高反射多孔涂层能有效反射热辐射，其热反射率≥0.9，能起到隔热保温的效果。其中，使用的钛白粉颜料为高晶化度的金红石型氧化钛，其对红外光谱区即波长＞0.76μm的光线反射率高，可以使涂层的热反射效果显著提高；选用的多孔SiO2颗粒质量轻、粒径小、导热系数低，用它可以有效填充粒子间的孔隙，减小漆膜空隙率，尽可能减少空隙的黑体吸收效应，从而有效提高涂层的发射率和反射率，使涂层具有密度小、体积固含高、隔热保温效果好的特点；因此，高反射多孔涂层厚度为20-45μm能明显提高整个涂层的热反射隔热效果并且使用寿命长。
且由于该涂层用于核电领域，涂层中不能含有Cl-、SO4 2-等容易产生腐蚀性的离子，涂层中选用的多孔SiO2颗粒是经过三次离子交换制成的，第三方检测后不含有Cl-和SO4 2-。
由于不锈钢箔专门用于核电领域，因此，该不锈钢箔选用不锈钢材料的化学成分，除了对普通1Cr13已有的C、Si、Mn、Cr、S、P要求进行严格限制外，还增加了对Ni、B、Co、N、O的成分范围要求，同时要求Pb、Sn、Sb、Bi、As、Ce、La、Mo等元素含量尽可能低(每种含量≤0.005％)，提供实测数据。通过对化学成分进行严格控制，能保证加工成的不锈钢箔的铁素体含量小于10％，强度、硬度提高的同时，冲击韧性不降低。
以上表述仅为本发明的优选方式，应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。